Nieuwe ontwikkelingen in kwaliteitsborging van concrete bestratingen kunnen belangrijke informatie bieden over kwaliteit, duurzaamheid en naleving van hybride ontwerpcodes.
De constructie van betonnen bestrating kan noodsituaties zien en de aannemer moet de kwaliteit en duurzaamheid van gegoten beton verifiëren. Deze gebeurtenissen omvatten blootstelling aan regen tijdens het gietproces, na de toepassing van uithardingsverbindingen, plastic krimp en barsten uren binnen een paar uur na het gieten, en concrete textuur- en uithardingsproblemen. Zelfs als aan de sterkte-eisen en andere materiaaltests wordt voldaan, kunnen ingenieurs de verwijdering en vervanging van bestrating onderdelen vereisen omdat ze zich zorgen maken over de vraag of de in-situ materialen voldoen aan de specificaties van de mixontwerp.
In dit geval kunnen petrografie en andere complementaire (maar professionele) testmethoden belangrijke informatie bieden over de kwaliteit en duurzaamheid van concrete mengsels en of ze voldoen aan werkspecificaties.
Figuur 1. Voorbeelden van fluorescentiemicroscoopmicrofoto's van betonpasta bij 0,40 w/c (linkerbovenhoek) en 0,60 w/c (rechterbovenhoek). De figuur linksonder toont het apparaat voor het meten van de weerstand van een betoncilinder. De figuur rechtsonder toont de relatie tussen volumeweerstand en W/c. Chunyu Qiao en DRP, een Twining Company
De wet van Abram: "De druksterkte van een betonnen mengsel is omgekeerd evenredig met zijn watercementverhouding."
Professor Duff Abrams beschreef voor het eerst de relatie tussen watercementverhouding (W/C) en druksterkte in 1918 [1] en formuleerde wat nu de wet van Abram wordt genoemd: "De druksterkte van betonwater/cementverhouding." Naast het beheersen van de druksterkte, wordt de watercementverhouding (W/cm) nu de voorkeur gegeven omdat het de vervanging van Portland -cement herkent door aanvullende cementerende materialen zoals vliegas en slak. Het is ook een belangrijke parameter van concrete duurzaamheid. Veel studies hebben aangetoond dat betonmengsels met W/cm lager dan ~ 0,45 duurzaam zijn in agressieve omgevingen, zoals gebieden die worden blootgesteld aan vries-dooi cycli met ontbrekende zouten of gebieden waar een hoge concentratie sulfaat in de bodem is.
Capillaire poriën zijn een inherent onderdeel van cementslurry. Ze bestaan uit de ruimte tussen cementhydratatieproducten en niet -gehydrateerde cementdeeltjes die ooit waren gevuld met water. [2] Capillaire poriën zijn veel fijner dan meegevoerde of gevangen poriën en moeten er niet mee worden verward. Wanneer de capillaire poriën zijn aangesloten, kan vloeistof uit de externe omgeving door de pasta migreren. Dit fenomeen wordt penetratie genoemd en moet worden geminimaliseerd om duurzaamheid te waarborgen. De microstructuur van het duurzame betonnen mengsel is dat de poriën worden gesegmenteerd in plaats van verbonden. Dit gebeurt wanneer w/cm minder is dan ~ 0,45.
Hoewel het notoir moeilijk is om de w/cm gehard beton nauwkeurig te meten, kan een betrouwbare methode een belangrijk hulpmiddel voor kwaliteitsborging bieden voor het onderzoeken van geharde cast-in-place beton. Fluorescentiemicroscopie biedt een oplossing. Dit is hoe het werkt.
Fluorescentiemicroscopie is een techniek die epoxyhars en fluorescerende kleurstoffen gebruikt om details van materialen te verlichten. Het wordt meestal gebruikt in de medische wetenschappen en het heeft ook belangrijke toepassingen in de materialenwetenschap. De systematische toepassing van deze methode in beton begon bijna 40 jaar geleden in Denemarken [3]; Het werd in 1991 gestandaardiseerd in de Noordse landen voor het schatten van de W/C van gehard beton en werd in 1999 bijgewerkt [4].
Om de W/cm van op cement gebaseerde materialen te meten (dwz beton, mortel en vel), wordt fluorescerende epoxy gebruikt om een dun gedeelte of betonblok te maken met een dikte van ongeveer 25 micron of 1/1000 inch (figuur 2). Het proces omvat de betonnen kern of cilinder wordt gesneden in platte betonblokken (spaties genoemd) met een oppervlakte van ongeveer 25 x 50 mm (1 x 2 inch). De blanco is gelijmd aan een glazen glijbaan, geplaatst in een vacuümkamer, en epoxyhars wordt onder vacuüm geïntroduceerd. Naarmate W/cm toeneemt, zullen de connectiviteit en het aantal poriën toenemen, zodat meer epoxy in de pasta zal doordringen. We onderzoeken de vlokken onder een microscoop, met behulp van een set speciale filters om de fluorescerende kleurstoffen in de epoxyhars te prikkelen en overtollige signalen te filteren. In deze afbeeldingen vertegenwoordigen de zwarte gebieden geaggregeerde deeltjes en niet -gehydrateerde cementdeeltjes. De porositeit van de twee is in principe 0%. De felgroene cirkel is de porositeit (niet de porositeit) en de porositeit is in principe 100%. Een van deze kenmerken De gespikkelde groene "substantie" is een pasta (figuur 2). Naarmate de w/cm en capillaire porositeit van beton toenemen, wordt de unieke groene kleur van de pasta steeds helderder en helderder (zie figuur 3).
Figuur 2. Fluorescentiemicrofoto van vlokken die geaggregeerde deeltjes, leegten (V) en pasta vertonen. De horizontale veldbreedte is ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao en DRP, een Twining Company
Figuur 3. Fluorescentiemicrofoto's van de vlokken laten zien dat naarmate de W/cm toeneemt, de groene pasta geleidelijk helderder wordt. Deze mengsels zijn belucht en bevatten vliegas. Chunyu Qiao en DRP, een Twining Company
Beeldanalyse omvat het extraheren van kwantitatieve gegevens uit afbeeldingen. Het wordt gebruikt in veel verschillende wetenschappelijke velden, van de teledetectiemicroscoop. Elke pixel in een digitale afbeelding wordt in wezen een gegevenspunt. Met deze methode kunnen we getallen hechten aan de verschillende groene helderheidsniveaus die in deze afbeeldingen worden gezien. In de afgelopen 20 jaar is de beeldanalyse nu, met de revolutie in desktopcomputingkracht en digitale beeldverwerving en is beeldanalyse nu een praktisch hulpmiddel geworden dat veel microscopisten (waaronder concrete petrologen) kunnen gebruiken. We gebruiken vaak beeldanalyse om de capillaire porositeit van de slurry te meten. Na verloop van tijd hebben we vastgesteld dat er een sterke systematische statistische correlatie is tussen W/cm en de capillaire porositeit, zoals getoond in de volgende figuur (figuur 4 en figuur 5)).
Figuur 4. Voorbeeld van gegevens verkregen uit fluorescentiemicrofoto's van dunne secties. Deze grafiek toont het aantal pixels op een bepaald grijs niveau in een enkele fotomicrofoto. De drie pieken komen overeen met aggregaten (oranje curve), pasta (grijs gebied) en leegte (niet -gevulde piek helemaal rechts). Met de curve van de pasta kan men de gemiddelde poriegrootte en de standaardafwijking berekenen. Chunyu Qiao en DRP, Twining Company Figuur 5. Deze grafiek vat een reeks W/cm gemiddelde capillaire metingen en 95% betrouwbaarheidsintervallen samen in het mengsel bestaande uit zuiver cement, vliegascement en natuurlijke pozzolanbinder. Chunyu Qiao en DRP, een Twining Company
In de uiteindelijke analyse zijn drie onafhankelijke tests vereist om te bewijzen dat het on-site beton voldoet aan de specificatie van de mixontwerp. Verkrijg voor zover mogelijk kernmonsters van plaatsingen die voldoen aan alle acceptatiecriteria, evenals monsters van gerelateerde plaatsingen. De kern van de geaccepteerde lay -out kan worden gebruikt als een besturingsmonster en u kunt het gebruiken als een benchmark voor het evalueren van de naleving van de relevante lay -out.
In onze ervaring, wanneer ingenieurs met records de gegevens uit deze tests zien, accepteren ze meestal plaatsing als aan andere belangrijke engineeringkenmerken (zoals druksterkte) wordt voldaan. Door kwantitatieve metingen van W/CM en vormingsfactor te geven, kunnen we verder gaan dan de tests die voor veel banen zijn gespecificeerd om te bewijzen dat het mengsel in kwestie eigenschappen heeft die zich vertalen in een goede duurzaamheid.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI is de belangrijkste lithograaf van DRP, een Twining Company. Hij heeft meer dan 25 jaar professionele petroloog -ervaring en heeft persoonlijk meer dan 10.000 monsters van meer dan 2.000 projecten over de hele wereld geïnspecteerd. Dr. Chunyu Qiao, de hoofdwetenschapper van DRP, een Twining Company, is een geoloog en materiaalwetenschapper met meer dan tien jaar ervaring in het cementeren van materialen en natuurlijke en verwerkte rotsproducten. Zijn expertise omvat het gebruik van beeldanalyse en fluorescentiemicroscopie om de duurzaamheid van beton te bestuderen, met speciale nadruk op de schade veroorzaakt door het ontkennen van zouten, alkali-siliciumreacties en chemische aanval in afvalwaterzuiveringsinstallaties.
Posttijd: SEP-07-2021